Dados do Sensor e Monitoramento da Condição da Bomba em Aplicações de Controle Numérico por Computador

As bombas são usadas em várias aplicações industriais, incluindo fabricação e usinagem por controle numérico computadorizado (CNC).

As máquinas CNC desempenham um papel essencial na fabricação de componentes para produtos do dia a dia. Em contraste com a manufatura aditiva (impressão 3D), ferramentas CNC de moldagem ou formação, como brocas e cortadores, são usadas para remover ou retificar material de peças de aço, alumínio, carbonetos, latão, cobre e até mesmo plásticos para formar formas para um propósito específico. O material é removido com brocas, ou ferramentas de torno, girando em altas velocidades, que criam furos, geram vazios e/ou removem camadas superficiais para estreitar tolerâncias. Essas ferramentas de corte são montadas em uma variedade de mandris e acionadas por servomotores de precisão que controlam a posição e o movimento das ferramentas ou peças de trabalho sob supervisão de computador.

Além de perfurar e cortar, as máquinas CNC são projetadas para inúmeras outras finalidades, incluindo retificação, fresagem e roteamento.

As bombas desempenham um papel fundamental na função e operação das máquinas CNC.

Por exemplo, muitas máquinas CNC incluem um aparelho para aplicar refrigerante na ferramenta e na peça de trabalho, a fim de facilitar um corte limpo e de alta qualidade. O refrigerante é muitas vezes uma mistura de água com lubrificante e serve a vários propósitos, como reduzir a expansão térmica do material, reduzir o desgaste das ferramentas, prevenir a oxidação rápida em alguns materiais e, o mais importante, limpar ou evacuar os cavacos de material que são produzidos no processo de corte. O acúmulo de cavacos na superfície da ferramenta ou dentro das cavidades de corte de uma peça pode causar defeitos no corte e acelerar o desgaste das ferramentas. O refrigerante é bombeado de um reservatório e pulverizado em uma ferramenta de um ou mais bicos direcionados para a ponta da ferramenta. Este refrigerante então flui de volta para o reservatório, ou cárter, geralmente após a filtragem. A bomba usada no sistema de refrigeração fornece fluxo e pressão de refrigeração precisos, tornando-a essencial para a operação adequada das máquinas CNC.

Nas operações automatizadas de máquinas CNC, as bombas também desempenham um papel fundamental no sistema hidráulico, a arquitetura usada para regular o manuseio de várias ferramentas presas ao mandril do fuso. Este sistema hidráulico é responsável pelo controle de ferramentas de corte de diversos pesos e tamanhos, a instalação de precisão e a troca das ferramentas de corte no mandril do fuso, o que requer alto grau de automação com fluidos hidráulicos operando sob pressão variando de 522 a 580 libras por polegada quadrada (psi).

Vários parâmetros operacionais mensuráveis ​​dos ativos da máquina CNC podem ajudar a fornecer visibilidade sobre o desempenho da operação geral da máquina. Examinar esses dados de operação da máquina para determinar a necessidade de manutenção se encaixa na prática mais ampla de monitoramento baseado em condição (CbM). Pressão, fluxo de refrigerante ou velocidade e até medições de vibração são todos tipos essenciais de dados do sensor necessários para o monitoramento da condição. Esses dados alimentam algoritmos incorporados para detectar e sinalizar anomalias e tendências emergentes, fornecendo insights acionáveis ​​para operadores e tomadores de decisão dentro da organização.

Para monitorar a condição da bomba, os principais sinais de medição necessários são vibração, pressão, vazão e temperatura. A vibração, especificamente, tem a maior importância devido à sua sensibilidade a vários modos de falha da bomba. Os sinais de vibração são normalmente extraídos e analisados ​​em uma alta taxa de amostragem, exigindo técnicas de processamento de sinal para avaliar a forma de onda da bomba no domínio da frequência. Os indicadores de condição baseados em vibração são calculados e consistem em métricas que consideram a magnitude geral da vibração e a magnitude do domínio da frequência nas frequências características de passagem do rolamento, eixo e palheta. Os sinais de pressão, fluxo e temperatura geralmente estão em uma taxa de amostragem mais baixa. Outros indicadores de condição comuns a serem considerados são recursos estatísticos ou métricas derivadas da curva de desempenho da bomba. Considerando que as bombas têm muitos modos de falha diferentes, é vantajoso combinar vários indicadores de condição em um índice de integridade para monitorar a bomba e comparar seus sinais medidos com uma condição de linha de base de referência. Com este indicador de integridade da bomba, a detecção precoce de problemas emergentes pode ser descoberta, bem como informações que revelam qual variável do sensor mais contribui para a condição não saudável.